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溶酶体
发布日期:2018-08-30 18:01:48
    细胞的体积尽管极其微小,但其内部结构非常复杂,是由许许多多的“功能团体”组合而成的。如内质网、线粒体、叶绿体、溶酶体等。

    溶酶体广泛存在于哺乳动物的细胞中,在哺乳动物体内,除红细胞外,几乎所有的细胞内都存在溶酶体。其中以网状内皮系统的细胞中含量最多。此外在昆虫、原虫、霉菌和高等植物细胞,也有类似溶酶体的结构存在。

    在电子显微镜下观察,细胞质内的溶酶体为圆形或卵圆形的微小颗粒,其直径通常在0.25—0.5微米。它由单层膜包裹,膜内含有各种水解酶,几乎能沟分解脂类、多糖、核酸与蛋白质等所有生物生物大分子。

    溶酶体的体积和形态不尽相同,不仅在不同组织的细胞中不同,甚至在同一细胞中也不一样,这是它消化和存储不同物质的结果。根据溶酶体的不同功能,一般可以分为三种不同的类型:初级溶酶体,是刚从高尔基体中分离出来的新生溶酶体(仅含各类水解酶),尚不能发挥消化作用;次级溶酶体,由初级溶酶体与外来吞噬泡或胞内衰老细胞器融合后形成,其内是正在进行或已经进行过消化作用的液泡;后溶酶体,又称残体,已经不含有酶,仅余留未消化残渣。

    溶酶体作为细胞的消化器,依靠其丰富的水解酶而发挥作用。对于衰老、损伤的细胞器或结构成分,溶酶体可直接将它包如内部而分解消化掉。对于不能透过细胞膜的某些大分子或入侵的异物,如较大颗粒的营养物质或细菌、病毒等微生物,则通过内吞作用使其进入细胞,溶酶体与之接触并融合成为次级溶酶体,其中的各类酶即可分解消化吞噬的异物。分解后的产物,如果是营养成分,可扩散到细胞中以供利用;若有不能被消化的残渣,则成为残体,或者经外排作用排出胞外或长期留于细胞内。由此可见,溶酶体在处理细胞内垃圾和外来异物的同时,还对细胞起到保护作用。如果溶酶体的功能发生障碍,或其中的某些酶类异常,细胞内应被处理的物质堆积,便可引起相应的病变。尽管溶酶体行使着细胞内一系列重要功能,在细胞的生理活动中扮演这重要的角色,但它的作用也不是尽善尽美的,有时甚至会给机体本身造成祸害,引起某些疾病,如矽肺、肺结核、类风湿性关节炎等就与溶酶体功能异常有关。

    在电子显微镜出现以前,人们曾把溶酶体跟线粒体或分泌颗粒混为一谈。直到1955年在大鼠肝细胞中得到一些颗粒,运用超速离心方法并结合电子电子显微镜观察,  才确认他是一种新的细胞器,1956年正式命名为溶酶体。对溶酶体的发现与研究,比利时细胞生物学家德迪夫(R.de Duve)做出了开创性的贡献。

    德迪夫1917年10月2日出生在英格兰的泰晤士迪顿,早年就读与比利时的卢万大学,1941年获得医学博士学位。1949年,德迪夫正在从事胰岛素对大鼠肝组织作用的研究工作。当这一研究接近尾声时,一个偶然现象使他困惑不解,即从肝组织离心分离出来的颗粒组分中含有酸性磷酸酶,其活性并不太高,可是保存5天之后再次测定时,其活性却出乎意料地大大增强了。多此重复测定,情况都是如此。在这一反常现象面前,德迪夫穷究底蕴,他相信自己的实验结果没有错,并且设想,这种酶一定是存在于什么“容器”之中,保存一段时间以后才表现出它的活性。于是,德迪夫抓住这一偶遇现象不放,继续做了许多实验。在实验中发现,采用各种物理方法,例如冰冻和融化,或添加去垢剂,可使酸性磷酸酶被迅速激活,而且这种激活伴随着酶状态的改变,最初在20000转/分条件下离心15分钟即可产生沉淀,后来在100000转/分条件下离心1小时仍不产生沉淀。这更证实了他最初的推测,即酸性磷酸酶最初包含在可沉淀的连续膜内。起初匀浆中的酶活性一般很低,是因为颗粒中的酶不能接近可怜外溶液中的底物,但当静置或经冰冻和融化后,膜逐渐破裂。这些酶得以接近底物,于是反应加强。所以没的潜伏状态是与结构相关联的,有赖于外膜的完整性。接着德迪夫把颗粒细粉为“重线颗粒”、“轻线颗粒”和“微粒体”三部分,利用细胞组分分离技术,分别测定了各组分所具有的酸性磷酸酶活性。他发现轻线颗粒体中的酶活性要高得多,而且另外集中水解酶的活性也是如此。他假定这些酶存在与一种像“轻线颗粒体”的微粒之中,并把它们称为“溶酶体”。根据沉降的情况,他计算出这种溶酶体的直径应该是0.13—0.14微米。根据活性逐渐增高的事实,他又设想溶酶体是被一层半透膜包裹起来的。他还根据生物化学分析,估计出每个细胞中溶酶体的大致数量。

    不久以后博费(Beaufay)和霍尔特(Holt)等用细胞化学方法,在电子显微镜下观察细胞中沉淀出的酶产物时,证实具有酸性磷酸酶活性的颗粒表面确实包围着一层膜,不同线粒体,而是另一种细胞器。1955年,诺维科夫(A.B.Novikoff)用电子显微镜在大鼠肝细胞里清晰的分辨出了溶酶体。

    德迪夫在研究胰岛素对大鼠组织的作用以及有关糖代谢酶的分布时遇到的异常或者说是偶然现象,令德迪夫感到困惑,并且对此寻根到底,终于发现了一种以前不为人知的细胞器—溶酶体。他的这种执着的探索精神,以及对待问题的敏锐的洞察力,的确是值得称赞和借鉴的。没有执着的探索精神,他不会去纠结一个与他原本的研究方向无关的偶然现象。敏锐的洞察力使他能够透过一个事件的表象,通过严谨的推理,看到隐藏在这一表象背后的看不到的事物。

    1963年,德迪夫总结了溶酶体的研究成果,指出溶酶体在生物学和病理学上所具有的重要意义。由于具有多种强力的水解酶,它不但是细胞中的消化器,还是精子攻破卵细胞膜的重要物质。有时候它还能杀死自己的母细胞。在研究酶活性时,德迪夫发现有一种尿酸氧化酶的分布和前几种酶相当一致,只是在某些测定中有极小的差异。这使德迪夫一直不肯轻易下结论说这种酶也存在鱼溶酶体中。后来他终于发现,这种尿素氧化酶和另外两种与过氧化氢代谢有关的酶,存在与另外一种颗粒中。他把这种新的细胞器称为“过氧化氢小体”。70年代以来,德迪夫和一些合作者广泛研究了和溶酶体有关的“贮积症”。如果人类细胞的溶酶体中少了某种水解酶,与其相关的物质就不能顺利地代谢,从而会贮积起来,这不仅会使发生贮积的器官,如肝、肌肉或者心脏肥大,还会导致许多严重的疾病,甚至常常在儿童时期就发生死亡。德迪夫在1973年出版的《溶酶体与贮积症》一书中提到,只是因为缺少单一水解酶而造成的疾病,就不下30种德迪夫因而有转向研究与细胞病变和疾病有关的溶酶体,探索药物是如何通过溶酶体发挥作用的。

    近年来科学家发现,溶酶体与细胞病理现象密切相关。许多实验表明,溶酶体在细胞对损伤因素的反应中起着重要作用。现在已知炎症的发生的若干环节和溶酶体有关,并发现临床上许多疾病都不同程度地与溶酶体有关。溶酶体与癌症之间的关系,近年来也越来越受到重视。早在1964年,阿利森(Allison)和马卢奇(Mallucci)等科学家就认为,溶酶体以及溶酶体内酶系的释放可能与改变发生有关。因为最有效的三种致癌因子:巴豆油、某些去垢剂及高氧水平,都会影响溶酶体膜的通透性。另外在癌症的治疗方面,溶酶体的作用如何,也引起人们的极大关注。

     德迪夫也因为发现了溶酶体,对细胞生物学做出了开创性的贡献而荣获1974年诺贝尔生理学和医学奖。
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